Upload
hoanghanh
View
248
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija
1
11
Ukupan skor u januaru može biti 120% PRE ISPITA
Savet: Učite, konstantno po malo,MNOGO JE LAKŠE da POLOŽITE prekoKOLOKVIJUMA!
Osnovi elektronikePredispitne obaveze: U JANUARU OSTALO
Redovno pohađanje nastave (predavanja+vežbe. 10% 10%Odbranjene laboratorijske vežbe 10% 10%Kolokvijum I (Kasno za kajanje) 50% 20%Kolokvijum II (20.01.2018.) 50% 20%
------------------------------120% 60%
14. decembar 2017.
214. decembar 2017. 2
Ko nije izašao na I kolokvijum, a ide na lab i predavanja od 120, ima 70% (još nije kasno);ako ne ide na predavanja ima 60% (nije kasno);ali, ako na drugom kolokvijumu ima < 80% imaće <50% (e, tada je kasno)
Osnovi elektronikePredispitne obaveze: U JANUARU OSTALO
Redovno pohađanje nastave (predavanja+vežbe. 10% 10%Odbranjene laboratorijske vežbe 10% 10%Kolokvijum I (Kasno za kajanje) 50% 20%Kolokvijum II (20.01.2018.) 50% 20%
------------------------------120% 60%
3
Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija
14. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
414. decembar 2017. Višestepeni pojačavači
Sadržaj
1. Namena
2. Princip rada, uslov oscilovanja
3. Tipovi linearnih oscilatora
4. RC oscilatori
5. LC oscilatori
6. Oscilatori sa kristalom kvarca
Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija
2
514. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Generisanje signala sa kontrolisanim dinamičkim parametrima (amplituda, oblik, frekvencija)
Oscilatori prostoperiodičnih osciacija linearni
Oscilatori složenoperodičnih oscilacija
– generatori funkcija
Namena
Klasifikacija:
614. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
A=yi/(xu+xr); B= xr / yi ; Ar= yi/xu;
Opšta struktura pojačavača sa povratnom spregom.
Kolo povratne sprege
Kolo pojačavača OpterećenjeIzvor signala
xr
yixu xu +xr
B
xu=0
KAKO Oscilatori generišu signal na izlazu i kada nema pobude?
Princip rada
714. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Opšta struktura oscilatora
OpterećenjeIzvor signala
yi=Axr; xr = Byi ;
Kolo povratne sprege
Kolo pojačavača
xr
yixr
B
AB=1yi=AByi;
Dakle, ako je AB=1, signal yiz postoji i kada nema pobudnog signala !!!
814. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Opšta struktura oscilatora
Izvor signala
B(s)A(s)1
A(s)
(s)
(s)(s)
rA
ul
iz
−==
V
V
Viz(s)=A(Vul (s)+ Vr(s)); Vr (s)=BViz(s);
Kolo pojačavača Opterećenje
Kolo povratne sprege
Vr (s)
Viz(s)
B(s)
Vul (s)=0
Vul (s) + Vr (s)
Viz(s)=A(Vul (s)+ BViz(s))
U frekvencijskom domenu s=jωωωω=j2ππππf
Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija
3
914. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Za A(s)B(s)=1 0
)(
)(
)( sV
sV
sV
rA iz
ul
iz ⇔∞→=(s)
Može se dobiti signal na izlazu i ako je Vul(s)=0 !!!
A(s)B(s)=1 Barkhauzenov kriterijum oscilovanja
B(s)A(s)1
A(s)
(s)
(s)(s)
rA
ul
iz
−==
V
V
Opterećenje
Kolo povratne sprege
Vr (s)
Viz(s)
B(s)
Vul (s)=0
Vul (s) + Vr (s)
Opšta struktura oscilatora
1014. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Kružno pojačanje A(s)B(s)=1, znači da A kompenzuje slabljenje u kolu povratne sprege B.
A=1/B
Opterećenje
Kolo povratne sprege
Vr (s)
Viz(s)
B(s)
Vul (s)=0
Vul (s) + Vr (s)
Opšta struktura oscilatora
1114. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Sadrži dva uslova
OpterećenjeIzvor signala
Kolo povratne sprege
Kolo pojačavača
xr
yixr
B
Im A(s)B(s) = 0 Re A(s)B(s) = 1
A(s)B(s)=1 Barkhauzenov kriterijum oscilovanja
signali su u fazi Signal je „održiv“ : niti se pojačava, niti slabi (stabilnost)
1214. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Re A(s)B(s) = 1
Amplituda stabilna
A(s)B(s)=1 Barkhauzenov kriterijum oscilovanja
Re A(s)B(s) > 1
Amplituda raste dok ne
uđe u zasićenje
Re A(s)B(s) < 1
Amplituda slabi, dok se ne
priguše oscilacije
Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija
4
1314. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Im A(s)B(s) = 0 Re A(s)B(s) = 1
A(s)B(s)=1 Barkhauzenov kriterijum oscilovanja
Konjugovano kompleksni polovi
tjtjeee
tjs
ωσωσ
ωσ
±± ⋅=
±=2,1
amplituda frekvencija
1414. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Analiza u 2 koraka:
- Analiza u s-domenu - linearna
- Analiza kontrole amplitude - nelinearna
Oscilatori
1514. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Za matematičare:
analiza se svodi na određivanje korenovakarakteristične jednačine
Prvi korak
i/ili
(s)
(s))(
B(s)A(s)1
A(s)
x
y(s)
rA
ul
iz
u
i
V
V=
−==
(s)
(s)(s) iz
iz∆
∆=V 0=∆(s) ∞→(s)izV
1-A(s)B(s)=0
(s)B(s)A(s)1
A(s)(s)(s)
rA(s) ululiz VVV ⋅
−==
0∞→(s)izV
1614. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija
5
1714. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Prvi korak
Da bi se oscilacije uspostavile treba AB > 1;AB=1+δδδδ
Kako vratiti amplitudu na željenu vrednost?
Nelinearnim kolom za kontrolu amplitude
Drugi korak
1814. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Drugi korak
Amplituda oscilacija oscilatora nije određena uslovomoscilovanja, već zavisi od granica koje definišu radnuoblast aktivnog elementa.
(šta je to za BJT,
a šta za MOSFET).
Rast amplitude dovodi radnu tačku u nelinearni deokarakteristika aktivnog elementa, (npr. zaravnjeni vrhsignala).
Time se unose haromijske komponente (signal sadržikomponente na različitim frekvencijama).
1914. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Kolo za kontrolu amplitude
Drugi korak
vi
vu
2014. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Kolo za kontrolu amplitude
Za malo vu, diode inverzno polarisane, Vi=?
Metod superpozicije
Sukcesivno se posmatra uticaj svakog generatora pojedinačno kada su ostali isključeni (=0).Vi
vu
Vi = - (Rf/R1 )vu +
+ (R4+R5)/(R2+R3+R4+R5)V +
+ (R2+R3)/(R2+R3+R4+R5)(-V)
Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija
6
2114. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Kolo za kontrolu amplitude
Za malo vu, diode inverzno polarisane, Vi=?
Vi = - (Rf/R1 )vu +
+ (R4+R5)/(R2+R3+R4+R5)V +
+ (R2+R3)/(R2+R3+R4+R5)(-V)
Vi = - (Rf/R1 )vu
za R2=R5 i R3=R4
Vi
vu
2214. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Kolo za kontrolu amplitude
Za malo vu, diode inverzno polarisane
vi =-(Rf/R1 )vu
vi
vu
2314. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Kolo za kontrolu amplitude
Kada vu poraste, Vi se smanji, tako da D1 provede
Nagib (pojačanje) = -Rf’/R1
Rf’ =Rf||R3 < Rf
Vi
vu
Vi
vu
2414. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Kolo za kontrolu amplitude
Za negativno vu, vi poraste, tako da D2 provede
Nagib (pojačanje) = -Rf’’/R1
Rf’’ =Rf||R4 < Rf
vi
vu
Vi
vu
Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija
7
2514. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Kolo za kontrolu amplitude
D1 provede, kada VA<Vγγγγ=0.7V
Koliki je napon na diodama kada provedu?
Jedan kraj diode je na virtuelnoj masi V-=0V, a drugi:
VA =VR3 /(R2+ R3) + viR2 /(R2+ R3)
D2 provede, kada VB>Vγγγγ=0.7V
VB =-VR4 /(R4+ R5) + viR5 /(R4+ R5)
vivu
2614. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Kolo za kontrolu amplitude
++=
+5
4
5
4 1R
RV
R
RVL γγγγ(s)
+−−=
−2
3
2
3 1R
RV
R
RVL γγγγ(s)
Vi
vu
Za VB =-VR4 /(R4+ R5) + viR5 /(R4+ R5)=Vγ γ γ γ , vi= L+
Za
VA =VR3 /(R2+ R3) + viR2 /(R2+ R3)=-Vγγγγ ,
vi= L-
2714. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Kolo za kontrolu amplitude
Za veliko Rf
Postoje i druga rešenja za kontrolu amplitude koja će biti pomenuta tokom kursa.
2814. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
U ovom kursu – linearni oscilatori
Iako u nazivu LINEARNI, oni moraju da sadrže i nelinearne elemente da bi zadržali kontrolu veličine amplitude
• RC oscilatori,
• Ocilatori sa oscilatornim kolima - LC oscilatori
• Ocilatori sa kristalom kvarca
Oscilatori
Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija
8
2914. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
U ovom kursu – linearni oscilatori
Oscilatori
Tipovi:- RC oscilatori
- Vinov most- Fazni pomeraj
- Oscilatori sa oscilatornim kolima- Kolpicov- Hartlejev- sa induktivnom spregom- sa negativnom otpornošću...
- Oscilatori sa kristalom kvarca (Pirsov)
3014. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
RC oscilatori (10Hz – x100kHz)
• Oscilator sa Vinovim mostom
• Oscilator faznog pomeraja
3114. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Oscilator sa Vinovim mostom (Wien)
3214. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Oscilator sa Vinovim mostom (Wien) =)AB(jω
121 /RRA +=
sp
p
ZZ
ZB(jω
+=)
( )( ) ( ) ( )
=+++
+=
+=
CjCRjCRjR
CRjR
ZZ
ZB(jω
sp
p
ωωω
ω
/11/
1/)
( )Cj
CRjCjRZ
CRj
R
CjR
CjRZ sp
ω
ωω
ωω
ω +=+=
+=
+
⋅=
1)/(1 ;
1)/(1
)/(1
Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija
9
3314. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Oscilator sa Vinovim mostom (Wien)
)ωCR
ωCRj
/RRAB(jω
1(3
1) 12
−+
+=
121 /RRA +=
( )21
)CRjCRj
CRjB(jω
ωω
ω
++=
( ) CRjCRj
CRjB(jω
ωω
ω
31)
2+−
=
−+
=
CRCRj
B(jω
ωω
13
1)
3414. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Oscilator sa Vinovim mostom (Wien)
ImAB(jωωωω))))=0;=0;=0;=0;
za ωωωωoRC =1/ (ωωωωoRC); odakle sledi da je frekvencija oscilovanja=
AB(jωωωω)=1
This image cannot currently be displayed.
)ωCR
ωCRj
/RRAB(jω
1(3
1) 12
−+
+=
ωωωωo =1/ (RC)
35
)CRω
CRωj
/RRAB(jω
o
o
1(3
1) 12
−+
+=
14. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Oscilator sa Vinovim mostom (Wien)
Uslov oscilovanja:
ReAB(jωωωωοοοο))))=1=1=1=1 za (1+R2/R1)=3 ⇒⇒⇒⇒ R2/R1 =
Za ωωωωοοοο=1/(RC)
)ωCR
ωCRj
/RRAB(jω
1(3
1) 12
−+
+=
AB(jωωωω)=1
R2/R1 = 2
3614. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Oscilator sa Vinovim mostom (Wien)
Domaći 10.1
Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija
10
3714. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Oscilator sa Vinovim mostom (Wien)
b) Naći frekvenciju oscilovanja
[fo=1kHz]
c) Odrediti amplitudu oscilovanja ako je VD=0.7V
[21.36Vpp]
a) Odrediti polove funkcije 1-AB zanemarujući kolo limitera
[s1,2=(105/16)(0.015± j)]
Domaći 10.1
3814. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Oscilator sa Vinovim mostom (Wien)
f se podešava u opsegu
xHz-x MHz
R – grubo podešavanje
C – fino podešavanje
Za one koji žele da nauče više
3914. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Oscilator sa Vinovim mostom (Wien)
Domaći 10.2
4014. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Oscilator sa Vinovim mostom (Wien)
Domaći 10.2
b) Naći frekvenciju oscilovanja
[fo=1kHz]
a) Odrediti položaj potenciometra pri kome se uspostavljaju oscilacije
[20kΩΩΩΩ]
Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija
11
4114. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Oscilator faznog pomeraja
6
1
RCωo =
( ) RCx
xjxxB(jω
ω
1 ;
651
1)
22=
−+−=
( )
29
1
666651
16)() −=
−+⋅−===
jωxB(jω oo 29−=A
4214. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Oscilator faznog pomeraja
Praktična realizacija
4314. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Oscilator faznog pomeraja
Analiza
Prekine se kolo u nekoj tački M
AB = V2/V1
Za one koji žele da
nauče više
4414. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Oscilator faznog pomeraja
a) Odrediti kružno pojačanje kola bez limitera[AB=ωωωω2C2RRf/[4+j(3ωωωωRC-1/(ωωωωRC))]
b) Odrediti frekvenciju oscilovanja i minimalnu vrednost Rf pri kojoj će se uspostaviti oscilacije
[fo = 574.3Hz, Rfmin=120 kΩΩΩΩ]
Primer 3.
(za vežbu kod kuće)
Za one koji žele da nauče više
Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija
12
4514. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Oscilator faznog pomeraja
Primer realizacije
sa diskretnim komponentama
4614. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Oscilator faznog pomeraja
Aktivni elementi rade u klasi A da bi se smanjila izobličenja
Zahtevaju komponente sa velikim pojačanjem (zbog velikog slabljenja u RC kolu)
Gornja granična frekvencija ograničena vrednostima elemenata kola i graničnim frekvencijama aktivnih elemenata do 100kHz.
Donja granična frekvencija ograničena fizičkom veličinom pasivnih elemenata C !!!
4714. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Oscilatori sa oscilatornim kolima (LC- oscilatori)
(100kHz – 100MHz)
4814. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Oscilatori sa oscilatornim kolima (LC- oscilatori)
Aktivni elementi rade u klasi C zbog većeg stepena iskorišćenja i većeg broja harmonika
f se kontroliše u opsegu x100kHz – x100MHz
Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija
13
4914. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Oscilatori sa oscilatornim kolima (LC- oscilatori)
f oscilovanja definiše paralelno oscilatorno kolo (energetski rezervoar)
Odnos X1 i X2 određuje jačinu povratne sprege
X1 X2 X3
Collpitc C C L
Hartley L L C
5014. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Oscilatori sa oscilatornim kolima (LC- oscilatori)
Kolpicov (Colpitts)
eq
oLC
ω1
=
21
21
CC
CCCeq
+=
5114. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Oscilatori sa oscilatornim kolima (LC- oscilatori)
Kolpicov (Colpitts)
Kolo za AC signal Kompletno koloeq
oLC
ω1
=
21
21
CC
CCCeq
+=
Za one koji žele da
nauče više
5214. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Oscilatori sa oscilatornim kolima (LC- oscilatori)
Hartlijev (Hartley)
CLω
eq
o
1=
MLLLeq 221 ++=
M
Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija
14
5314. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Oscilatori sa oscilatornim kolima (LC- oscilatori)
Hartlijev (Hartley)
CLω
eq
o
1=
1221 2LLLLeq ++=
Za one koji žele da
nauče više
5414. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Oscilatori sa oscilatornim kolima (LC- oscilatori)
Analiza
Za one koji žele da
nauče više
5514. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Oscilatori sa oscilatornim kolima (LC- oscilatori)
Analiza
jX1
jXs
jX2Rg vm ulvul
0/1///
///
2
1=
+−−+
−−=∆
RXjXjgXj
XjXjXj
sms
ss
)(00Re 2121 XXXXXX ss +−=⇒=++⇒=∆
Za one koji žele da
nauče više
5614. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Oscilatori sa oscilatornim kolima (LC- oscilatori)
Analiza
Xs= - (X1+X2)
Xs reaktansa suprotnog karaktera od X1 i X2 !!!
Moguće kombinacije, X1 =C1, X2 = C2, Xs = Ls ili
X1 =L1, X2 = L2, Xs = Cs ili druge
jX1
jXS
jX2R
gmvul
vul
Za one koji žele da
nauče više
Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija
15
5714. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Oscilatori sa oscilatornim kolima (LC- oscilatori)
Analiza
jX1
jXS
jX2R
gmvul
vul
0
/1///
///
2
1
=∆
+−−+
−−=∆
RXjXjgXj
XjXjXj
sms
ss
Uslov oscilovanja
( ))/(
/10Im
12
1
XXRg
XXRg
m
sm
=
+−=⇒=∆
)( 21 XXX s +−= frekvencija oscilovanja
Za one koji žele da
nauče više
5814. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Oscilatori sa kristalom kvarca
Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija sa kristalom kvarca
5914. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Oscilatori sa kristalom kvarca
U elektronskim kolima kristal kvarca ima ulogudvopola. Na dve suprotne stranice kristala nanese sesloj metala na koji se, preko provodnika, dovedesignal.
Pobuđen naizmeničnim signalom, kristal kvarcaponaša se kao el. impedansa:
6014. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Otpornost R1 je vrlo mala, tako da se možesmatrati da se kristal kvarca ponaša kao čistoreaktivni dvopol, odnosno kao idealno oscilatornokolo.
Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija sa kristalom kvarcaOscilatori sa kristalom kvarca
Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija
16
6114. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Oscilatori sa kristalom kvarca
Kristal kvarca ima dve rezonantne frekvencije:- rednu (grana L1C1)
i
Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija sa kristalom kvarca
- paralelnu (zaptivno kolo)
11
1CL
r =ω
10
101
1
CC
CCL
p
+
=ω
6214. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija sa kristalom kvarcaOscilatori sa kristalom kvarca
fr i fP razlikuju se veoma malo kada je C0>>C1.
Ponaša se kao veoma selektivna impedansa jer je prirednoj rezonansi reaktansa jednaka 0 a pri paralelnoj teži beskonačnosti.
6314. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija sa kristalom kvarca
Oscilatori sa kristalom kvarca prave se za generisanje fiksne frekvencije oscilovanja. Mogu se napraviti sa promenljivom frekvencijom ali je stabilnost frekvencije oscilovanja manja.
Oscilatori sa kristalom kvarca
6414. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Oscilatori sa kristalom kvarca
Brojne vrednosti elementa modela za tri kristala kvarca.
Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija sa kristalom kvarca
Parametri modela
R1 L1 C1 Co
rezonantna frekvencija
[ΩΩΩΩ] [mH] [pF] [pF]
2MHz 82 520 22 4.27
10MHz 25 11.5 12.2 5.4
50MHz 20 5.56 1.82 4
Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija
17
6514. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Kristal može da se priključi kao kapacitivnost ilikao induktivnost.
Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija sa kristalom kvarca
C-karakter
L-karakter
Oscilatori sa kristalom kvarca
Tada se ostvaruje tzv. kvarcna kontrola frekvencije
oscilovanja, a frekvencija oscilovanja nijejednaka ni jednoj od rezonantnih frekvencijakristala.
6614. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Paralelno.
Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija sa kristalom kvarca
Pirsov (Pierce) oscilator.
Oscilatori sa kristalom kvarca
Colpicov oscilator sakvarcnom kontrolom.
6714. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija sa kristalom kvarca
Pirsov oscilator
Oscilatori sa kristalom kvarca
CMOS invertor kao pojačavač
6814. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Redno
Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija sa kristalom kvarcaOscilatori sa kristalom kvarca
Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija
18
6914. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija sa kristalom kvarcaOscilatori sa kristalom kvarca
7014. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Oscilatori sa kristalom kvarcaOscilatori sa kristalom kvarca
Primena u generatorima taktnog signala za mikroprocesore
7114. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Stabilizacija frekvencije oscilovanja
7214. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Stabilizacija frekvencije oscilovanja
Frekvencija oscilovanja menja se u vremenu.
Stabilnost frekvencije određuje se kao količnikpriraštaja frekvencije u datom vremenskom intervalui nominalne vrednosti frekvencije.
ω
Δ
f
ΔfSf
ω==
T T-∆T
f f+∆f
Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija
19
7314. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Stabilizacija frekvencije oscilovanjaStabilizacija frekvencije oscilovanja
Stabilnost frekvencije zavisi od stabilnosti fazesignala u povratnoj petlji, a ona zavisi od aktivnih ipasivnih elemenata u kolu i od otpornosti potrošača.
ω
Δω
f
ΔfS ==f
7414. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Stabilizacija frekvencije oscilovanjaStabilizacija frekvencije oscilovanja
Parametri aktivnog elementa menjaju vrednosti zbog promene položaja radne tačke (promena napona napajanja i/ili temperature).
Starenje utiče na promenu vrednosti, kako aktivnih tako i pasivnih elemenata kola.
7514. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Smanjenje nestabilnosti usled promene otpornostipotrošača u kolu postiže se vezivanjem potrošačapreko
razdvojnog stepena (bafera) čija je ulazna otpornostvelika.
Stabilizacija frekvencije oscilovanjaStabilizacija frekvencije oscilovanja
Rp
7614. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Posebna pažnja se poklanja
stabilizaciji napona izvora za napajanje,
temperaturskoj stabilizaciji radne tačke,
izboru tolerancija pasivnih elemenata i njihovogkvaliteta i sl.
Dalje povećanje stabilnosti postiže se
modifikacijama kola oscilatora ili
primenom kristala kvarca.
Stabilizacija frekvencije oscilovanjaStabilizacija frekvencije oscilovanja
Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija
20
7714. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Ugrađivanjem kristala kvarca u kolo oscilatorapostiže se velika stabilnost, reda 10-6.
Kristal kvarca karakteriše veoma tačna mehaničkaprirodna frekvencija oscilovanja.
Zato, pobuda promenljivim naponom, izazivamehaničke oscilacije tačno definisane frekvencije.
Frekvencija oscilovanja zavisi od dimenzija i načinaobrade kristala.
Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija sa kristalom kvarcaStabilizacija frekvencije oscilovanja
Najpovoljnije da oscilator osciluje na rezonantnojfrekvenciji kristala. Dobija se velika stabilnostfrekvencije oscilovanja uz smanjena izobličenjasignala.
7814. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Stabilnost frekvencije oscilatora sa kristalom kvarca
Oscilatori sa kristalom kvarcaStabilizacija frekvencije oscilovanja
7914. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Praktično:Kako izgleda, gde kupiti, https://www.idt.com/koliko košta <xUSD
Oscilatori sa kristalom kvarcaStabilizacija frekvencije oscilovanja
IDT XO LVDS Crystal Oscillator
8014. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Stabilizacija amplitude oscilovanjaZaključak
AnalizaNeophodna POZITIVNA povratna spregaBarkhauzenov uslovA(s)B(s)=1- frekvencija oscilovanja ImA(s)B(s)=0- uslov oscilovanja ReA(s)B(s)=1
Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija
21
8114. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Stabilizacija amplitude oscilovanjaZaključak
Tipovi:- RC oscilatori
- Vinov most- Fazni pomeraj
- Oscilatori sa oscilatornim kolima- Kolpicov- Hartlejev- sa induktivnom spregom- sa negativnom otpornošću
- Oscilatori sa kristalom kvarca (Pirsov)
8214. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Stabilizacija amplitude oscilovanja
Amplituda oscilacija oscilatora nije određena uslovomoscilovanja, već zavisi od veličine aktivne oblasti radaaktivnog elementa.
Velika amplituda dovodi radnu tačku u nelinearni deokarakteristika aktivnog elementa, čime se unosisadržaj haromijskih komponenti i nestabilnostfrekvencije.
Velika stabilnost frekvencije zahteva stabilnuamplitudu oscilacija.
Stabilizacija amplitude oscilovanjaZaključak
8314. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Stabilizacija amplitude oscilovanjaZaključak
Tip f opsegMogućnost regulacje f
RC 10Hz-1MHz Lako
LC 100kHz-100MHz Lako
Kvarc 10kHz-1GHz Teško
8414. decembar 2017. 84Uvod
http://leda.elfak.ni.ac.rs/
Osnovi elektronikePredispitne obaveze: U JANUARU OSTALO
Redovno pohađanje nastave (predavanja+vežbe) 10% 10%Odbranjene laboratorijske vežbe 10% 10%Kolokvijum I (26.11.2016.) 50% 20%Kolokvijum II (21.01.2017.) 50% 20%
------------------------------120% 60%
Ko nije izašao na I kolokvijum ima 70% (još nije kasno) i
ako ne ide na predavanja ima 60% (još nije kasno)
ako na drugom kolokvijumu ima < 80% imaće 50% (skoro da je kasno)
Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija
22
8585
Šta smo naučili?
• Objasniti fizičko značenje uslova oscilovanja i dati matematičku interpretaciju (napisati odgovarajuće izraze).
• Skicirati el. šemu oscilatora sa vinovim (Wien) mostom i operacionim pojačavačem i dati izraze za uslov i frekvenciju oscilovanja.
• Skicirati el. šemu oscilatora sa faznim pomerajem.
Pojačavači sa povratnom spregom14. decembar 2017.
86
Ispitna pitanja
1. Tipovi linearnih oscilatora.
2. Stabilizacija amplitude oscilacija kod oscilatora sa vinovim mostom.
3. Frekvencija i uslov oscilovanja oscilatora sa faznim pomerajem
4. Kolpicov (Colpitts) oscilator (električna šema i frekvencija oscilovanja).
5. Hartlijev (Hartley) oscilator (električna šema i frekvencija oscilovanja).
6. Osnovni načini povezivanja kristala kvarca sa kolom pojačavača.
8614. decembar 2017. Pojačavači sa povratnom spregom
8714. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Stabilizacija amplitude oscilovanja
Sledeće nedelje:
Pojačavačivelikih signala
8814. decembar 2017. Pojačavači sa povratnom spregom
V-Domaći 9.1
Rešenje:
495011
501
1zaAB 501
1
2
1
2
1
21
21
1
=⇒=+=+
=−
+−==
=−⇒>>=−
=
−
R
R
R
R
R
RR
B
RR
R
V
VB
BAB
AA
o
ra)
dBB 8,33)02.0log(20)50
1log(20 −===b)
VVVRR
RV
VVVAB
AV
o
so
1.050/5
51.0501
21
1 ==+
=
=⋅=−
=
−
c)
%0122,0100'
100
1
8.01
8.0
1100'
8.01
8.0' ;50
1
=⋅−
⋅
−
−−=⋅−
−==
−=
r
rr
r
rr
rr
A
AA
AB
AAB
A
A
AA
AB
AA
AB
AAd)
Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija
23
8914. decembar 2017. Pojačavači sa povratnom spregom
V-Domaći 9.2
Rešenje:
kHz1,200)2001(Hz100)1(
dB98.33)log(20
;501
=⋅=−⋅=
==
=−
=
BAff
Aa
BA
AA
ovvr
roro
o
oro
Ao=100dB
fv=100Hz
-20dB/dec
log(f)
Aor=34dB
fvr=200kHz
9014. decembar 2017. Pojačavači sa povratnom spregom
Domaći 9.3
Rešenje:
dBvvSNR
VVvvAvvv
inis
nginisiz
0)/log(20
;1111)(1
==
⋅+⋅=+=+=
vg
Bez pretpojačavača:
( )( )
( ) ( ) ( ) ( )
( )
( )dB40)100log(20)/log(20
.0099,01101
1
1
;99,01101
100
1
1 ;
111
1
;)(
21
1
21
21
21
1
21
21
21
1
21
21
12121
12
===
==+
=
==+
=
+=
+=⇒+=
++
+=
+=+
=+−
inis
nin
gis
nin
gisinis
ngiz
ngiz
iznizg
vvSNR
VVABA
vAv
VVABA
vAAv
ABA
vAv
ABA
vAAvvv
ABA
vA
ABA
vAAv
vAvAAvABA
vAvABvv
Sa pretpojačavačem:
9114. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Domaći 9.4 Rešenje:
Operacioni pojačavač sa slike ima diferencijalno pojačanje Ad=80dB, konačnu
ulaznu otpornost Rud=100kΩΩΩΩ i izlaznu otpornost Ria=1kΩΩΩΩ . Odrediti Ar=Vi/Vg, Rur,
i Rir. Poznato je Rg=10kΩΩΩΩ, R1= 1kΩΩΩΩ , R2=1MΩΩΩΩ Rp= 2kΩΩΩΩ.
Rp
Ria
Rud
Rg
Vd
Vi
Ru
AdVd
R11
R22
Ri
MRRRkRR
RRR 1 ,1 2122
21
2111 ≈+=≈
+=
Vg
6000101.1
10100
)103(
10210
)(
)(
)(
6
3
3
34
11
1122
22
=⋅
⋅
⋅
⋅⋅=
++≈
+++===
ud
ud
pia
pdo
udg
ud
pia
pd
g
d
d
i
g
io
RR
R
RR
RAA
RRR
R
RRR
RRA
V
V
V
V
V
VA
Ria
VoR1Vr3
21
1 10−−≈
+−=−=
RR
R
V
VB
o
r
8577
6000
1
7)10(600011 3
==−
=
=−−=− −
BA
AA
BA
o
or
o
irirp
irpir
o
iir
piapiai
RRR
RRR
BA
RR
kRRRRRR
⇒+
=
Ω==−
=
Ω=+≈+=
´
´
4287
3000
1´
3)( 22
9214. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Rp
Ria
Rud
Rg
Vd
Vi
Ru
AdVd
R11
R22
Ri
MRRRkRR
RRR 1 ,1 2122
21
2111 ≈+=≈
+=
Vg
Ω=−=
Ω=−=
Ω=++=++=
kRRR
kBARR
kkkkRRRR
gurur
ouur
udgu
776´
777)1(´
11111001011
Ω≈=−
⋅=
−=⇒
+=
Ω==−
=
Ω=≈=
1001905
190000
952000
952000
´
´ ´
957
666
1´
66,0)( 22
irp
irpir
irp
irpir
o
iir
piapiai
RR
RRR
RR
RRR
BA
RR
kRRRRRR
Domaći 9.4 Rešenje:
Operacioni pojačavač sa slike ima diferencijalno pojačanje Ad=80dB, konačnu
ulaznu otpornost Rud=100kΩΩΩΩ i izlaznu otpornost Ria=1kΩΩΩΩ . Odrediti Ar=Vi/Vg, Rur,
i Rir. Poznato je Rg=10kΩΩΩΩ, R1= 1kΩΩΩΩ , R2=1MΩΩΩΩ Rp= 2kΩΩΩΩ.